陰香木材干燥特性研究

曾 輝，李秀榮，蔣小華，陳 健，王 芳，廖章兵

(1.廣西壯族自治區國有維都林場，廣西 來賓 546100；2.廣西大學 林學院，南寧 530004)

陰香(Cinnamomumburmannii)別稱野玉桂、假玉桂、阿尼茶(云南)、小桂皮、山肉桂、香膠葉等，是樟科的一種常綠喬木。陰香分布于廣西、廣東、福建、海南、浙江、湖南、江西等省[1]，適應范圍廣，中亞熱帶以南地區均能生長良好。陰香的主干較通直，材質性能優良，適應范圍廣，而且生長速度較快；同時，陰香也是殺菌能力強的樹種之一，對氯氣和二氧化硫均有較強的抗性，為理想的防污綠化樹種，還能夠根據特定工藝提取芳香油；又是庭園觀賞綠化、行道樹和四旁植樹以及重要的經濟植物肉桂的砧木[2-5]。

為提高商品經濟林產品的附加值，必須要大力培育優質的速生用材林。過去對陰香的研究主要集中在生物學特性、育苗試驗、培育繁殖、離體培養和成分研究等[6-13]，但是還沒有學者對陰香的加工利用進行相關的研究。尤其是針對陰香干燥方面的研究還沒見相關報道，為了明確影響陰香利用和經濟效益密切相關的干燥特性，本文進行了詳細的測試分析，并且在此基礎之上預測其干燥基準，為充分開發利用陰香提供理論依據。

1 試件采集與測試方法

1.1 試件采集

試件由課題組從廣西來賓市維都林場采集，根據實驗要求選擇3株合適的陰香，并符合國家標準《木材物理力學試材采集方法》(GB/T1927-2009)[14]。在確定伐材的林場內，根據樹高、胸徑、長勢以及樹冠的生長情況等綜合因素，從中挑選3株長勢優、樹干通直、無結疤蟲眼和胸徑符合標準要求的樹木，在選定的樣樹上標示出北向。每株伐倒后的樣木在樹高方向分別截取3段：1.3～3.3 m、5.3～7.3 m和9.3～11.3 m，這3段會作為標準木段，并且要在其上面根據要求做好標記，然后采用四面下鋸法將已經標記好的木段加工成大方木。根據百度試驗法的要求，在大方木上確定髓心點，以通過髓心的南北直徑線為中心線沿平行方向鋸取25 mm厚的板材，并刨削加工成(20±0.5 mm)光面板，然后依次截取200 mm×100 mm×20 mm(長×寬×厚)的試件。試件分別選取弦向、徑向和中心板，數量分別為8塊、2塊和2塊，要求試件的平均初始含水率均達45%以上，本次采集試件的含水率為88.16%[15]，符合相關國家標準規定。

1.2 測試方法

根據百度試驗法確定相關試驗[16-17]。第一步，在采集制作的全部試件上畫出中線并作標記，使用游標卡尺和螺旋測微器測出包括長、寬、厚在內的所需尺寸數據；第二步，使用電子天平秤稱量選取試件的初重；第三步，將以上試件放入到100±2℃恒溫干燥箱內。要求在放置試件時必須要沿紋理方向豎立于干燥箱內，保證所有試件在干燥箱內能夠通風，并且做到受熱均勻。

將試件放入干燥箱后，實驗人員要隨時認真觀測端裂、端表裂、表裂、貫通裂等干燥缺陷情況，并做好記錄。試件達到全干共計需要67h，觀測19次。每個階段的觀測情況如下：初期的觀測間隔時間為0.5 h，接下來間隔時間為1 h，當觀測到試件表面的裂紋不再增加并開始愈合時需要間隔2 h，如果出現裂紋不再愈合的情況就采取間隔6 h，每次觀測都要求記錄端裂、端表裂、表裂、貫通裂等類型及其數量和尺寸規格，并同時用電子天平秤稱重。

經過67 h的干燥，將已經全干的試件取出，放入干燥器內冷卻至室溫，測量其重量、尺寸(長、寬和厚)、扭曲度和順彎度，在試件的順紋方向長約20 mm處橫截取進行含水率測試的試驗片，并在試件的截斷面上測定試件的相關內裂數據及截面收縮率數據。將含水率試驗片置于103℃的恒溫干燥箱中進行6 h干燥，從干燥箱中取出后用電子天平秤稱稱重，要求重量測試的間隔時間為2 h，直到兩次稱重結果幾乎不變時測試結束。

2 結果與分析

2.1 陰香木材的干燥特性分析

陰香試件的干燥缺陷等級見表1。

表1 陰香干燥缺陷等級

(1)初期開裂。百度試驗測試結果表明：陰香木材的初期開裂程度屬于中等，主要出現端裂和端表裂情況，初期1 h時只有1塊中心板出現了表裂，數量為1～2條。整個試驗過程沒有出現貫通裂。在第1次觀察中(進烘箱0.5 h)全部試件均產生了端裂，裂紋細小且數量較多，小部分出現端表裂，細小并且很少；1 h后，絕大部分試件產生了端表裂，其中1塊中心板表裂繼續發展；2 h時，全部弦切板和中心板均出現了端表裂，1塊徑切板接著出現表裂；3 h時，又有1塊弦切板出現了表裂；端裂以及端表裂繼續發展且數量不斷增多；初期開裂在3～4 h內發展到最大值。表裂最多6條，最長只有59 mm，最大寬度有0.7 mm。緊隨其后，裂紋開始愈合，直到結束干燥試驗時，除2塊中心板外尚有較為明顯的裂紋外，其余試件基本都愈合完全。根據干燥缺陷及干燥速度分級標準判定，其初期開裂等級為3級。根據試驗結果分析，初期開裂是陰香的主要干燥缺陷。所以要求在干燥初期合理控制干濕球溫度差，不能差別太大，以減少初期開裂情況的出現，保證陰香板材的干燥質量。

(2)內部開裂。干燥試驗結束后觀察試件，全部弦切板均無內裂，2塊中心板產生了內裂，但是內裂程度較輕，根據干燥缺陷及干燥速度分級標準判定，綜合其等級為1級。內裂產生的原因可能是由于干燥引起的表面硬化和干燥應力，所以為了減少內裂，需要控制好干燥后期的干燥條件和末期的干燥溫度，避免出現由嚴重的表裂向內部延伸從而引起的內裂。

(3)截面變形。檢測表明，陰香的截面變形程度比較輕，旋切板相比徑切板和中心板的截面變形更小，旋切板的截面變形平均值為0.31 mm，截面變形值介于0.2～0.45 mm之間；徑切板和中心板的截面變形平均值要高于旋切板的截面變形平均值，分別為0.35 mm和0.41 mm，綜合評定其截面變形等級為1級。

(4)扭曲，彎曲變形。根據檢測，陰香木材由于干縮的不均勻性引起的彎曲變形程度比較嚴重，可能出現的變形包括順彎、瓦彎、橫彎等。相比較而言，弦切板試件的扭曲水平要高于徑切板和中心板，徑切板和中心板的扭曲平均值分別為1.75 mm和3.88 mm，而弦切板的扭曲值介于0～5.75 mm之間，平均值為3.38 mm，弦切板的彎曲變形評定等級為3級。弦切板的瓦彎程度較輕，介于1.2～2.8 mm，平均值為1.82 mm，說明陰香旋切板靠近樹皮一邊的板面比靠近樹心一邊的板面收縮率大；徑切板和中心板的平均值分別為1.2 mm和2.1 mm。

(5)干燥速度。圖1所示為陰香木材干燥過程中含水率變化曲線。對陰香的干燥特性進行計算[17-20]，徑切板和中心板比旋切板的干燥速度要慢，用時更長，徑切板的含水率從30%降至5%，平均用時19 h，平均干燥速度為1.32%/h，中心板平均用時20.39 h，平均干燥速度為1.23%/h；各弦切板試材從含水率30%降至5%所需時間是6.94～19.56 h，平均用時為13.25 h，平均干燥速度為1.89%/h，等級評定為2級，干燥速度屬于中等。根據對陰香干燥速度的測試，在實際生產過程中必須將旋切板和徑切板和中心板進行分類，分別進行干燥，這樣有利于保證干燥質量。表2為百度試驗干燥速度測試結果。

圖1 含水率變化曲線

2.2 陰香木材干燥基準的編制

根據試驗結果分析得到陰香的干燥缺陷等級，參照與之相對應的干燥條件，確定其干燥的初期溫度，初期干濕球溫度差以及干燥末期溫度見表3，選出各溫度和干濕球溫差最低條件作為確定陰香木材干燥基準的基本條件[17]。

表2 百度試驗干燥速度

表3 試件干燥初步條件

根據表3的試件干燥初步條件制定干燥工藝標準，其基本原則是要針對出現的各種缺陷情況合理確定各階段溫濕度的變化幅度，避免干燥缺陷，確保干燥質量，為企業最大程度的降低生產成本。

根據檢測結果，陰香的初期開裂等級為3級，截面變形及內裂等級較小，均為1級，所以要求在干燥初期合理控制干濕球溫度差，不能差別太大，以減少初期開裂情況的出現，保證陰香板材的干燥質量。在干燥初期，含水率為70%時容易出現開裂情況，當含水率降至50%時趨于穩定。根據表4，在第1至第6階段時，各階段之間升溫緩慢；而在第7至第9階段，為了提高干燥效率，可將升溫幅度適當加大。制定鋸材的干燥基準，首先要根據陰香試件初含水率為88.16%，查含水率與干濕球溫度差關系表；然后根據原來確定的本試驗共用時67 h，初期干濕球溫度差為3℃，查干燥時間估算圖，可得到需要的實際干燥時間數據。陰香紋理較通直，材色鮮艷而有光澤，結構均勻細致，硬重中等，可供上等家具及其他細木工用材，因而制定25～30 mm厚陰香木材干燥基準。

表4 百度試驗法確定的陰香木材(25～30 mm)干燥基準

3 結 論

(1)陰香木材的干燥速度較快，平均用時13.25 h，平均干燥速度為1.89%/h，其對應的干燥特性等級為2級。弦切板和徑切板及中心板的干燥速度差異比較明顯，為確保干燥質量，最好把弦切板分開進行干燥，徑切板和中心板可一起進行干燥。

(2)初期開裂和扭曲為陰香木材的主要干燥缺陷，干燥缺陷均達到3級。在干燥過程中要求前期升溫速度放慢，干濕球溫度差適宜。

(3)根據試驗測試，干燥后期的扭曲變形最為明顯，平均為3.38 mm；瓦彎變形程度輕，截面變形小，無內裂，對應的干燥特性等級分別為3、1和1。

(4)制定25～30 mm厚陰香木材的預測干燥基準。

【參 考 文 獻】

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